一种低温条件下聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的评价方法与流程

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种低温条件下聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的评价方法。

背景技术：

随着我国轨道交通产业的大力发展，尤其是高铁技术的发展成为一张靓丽的“中国名片”，同时高铁的发展带来的能源消耗问题受到日益广泛的关注，而通过使用新材料实现高铁车体和附属设备的轻量化是一种有效的解决途径之一。粘接结构具有承载面积大、应力分布均匀的特点，还能够在不破坏材料的前提下实现复杂结构不同形状、不同材质的连接达到轻量化设计目的。但是，在外部动态载荷长期作用发生疲劳破坏是造成粘接接头失效的主要形式之一。

目前，国内外关于粘接结构疲劳寿命的研究以常温和高温环境条件主，伴随着湿度因素影响。但是，粘接结构在低温超低温条件下的疲劳特性研究非常少，针对聚氨酯类低玻璃化转变温度粘接剂低温条件疲劳性能研究更少。高铁粘接结构在整个服役周期内可能长时间工作在低温环境中，尤其是中国北方地区，冬季时间长温度低个别地区温度可能达到-40℃甚至以下，此外，为了服务中国高铁走出去战略，未来中国高铁有可能出口俄罗斯，面对俄罗斯冬季极寒条件，保证车体连接部位的长期安全可靠服役非常重要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种低温条件下聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的评价方法，该评价方法能够对车用聚氨酯粘接剂接头在低温超低温服役环境条件下的疲劳寿命进行评估，为车辆粘接结构在极端低温环境下的抗疲劳设计提供研究基础，为车辆粘接结构可靠性设计，预防界面失效提供参考依据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低温条件下聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的评价方法，该方法为：

s1、基于din-6701标准进行低温试验，对若干个聚氨酯粘接剂接头分别在环境箱内进行不同时间的人工加速老化试验，老化处理时间记为di，得到若干个老化后的聚氨酯粘接剂接头；

s2、对s1中得到的若干个老化后的聚氨酯粘接剂接头分别进行破坏性试验，得到若干个失效载荷，记为fi；

s3、将s2中得到的fi分别分成m个载荷等级，各失效载荷fi均分别得到m个等级失效载荷，各失效载荷的第j个载荷等级的等级失效载荷，记为

s4、根据s3中fij进行疲劳试验，记录各疲劳失效次数nij；

s5、对s3中的fij进行归一化处理，以s4中得到的nij为横坐标，以归一化的fij为纵坐标，进行数据拟合，得到若干个拟合方程；

s6、统计s5中得到的拟合方程的斜率，记为bi，以bi为纵坐标，以老化处理时间di为横坐标，利用最小二乘法对bi和di进行数据拟合，得到低温条件下评价聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的疲劳寿命曲线。

优选地，s1中所述低温试验的温度为-50℃～0℃。

优选地，s5中所述归一化的fij为s3中的fij与对应的fi的比值。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明能够对车用聚氨酯粘接剂接头在低温超低温服役环境条件下的疲劳寿命进行评估，为车辆粘接结构在极端低温环境下的抗疲劳设计提供研究基础，根据疲劳寿命曲线，能够判断相同载荷等级不同老化处理时间对聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的影响，相同老化处理时间不同载荷等级对聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的影响，根据不同载荷等级和不同老化处理时间聚氨酯粘接剂接头的疲劳失效断面，评估相同老化处理时间不同载荷等级对失效断面形貌的影响，以及相同载荷等级不同老化处理时间对失效断面形貌的影响，为车辆粘接结构可靠性设计，预防界面失效提供参考依据。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1的各老化处理时间下的归一化的等级载荷与疲劳失效次数的线性关系图。

图2是本发明实施例1的聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的疲劳寿命曲线。

具体实施方式

实施例1

本实施例的低温条件下聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的评价方法，该方法为：

s1、选择高铁动车组车窗和城轨车窗常用的型号为isr-7008的聚氨酯粘接剂，粘接基材选择型号为6005a的铝合金材料，基于din-6701标准在温度为-40℃，湿度为30％的条件下进行低温试验，对若干个聚氨酯粘接剂接头分别在环境箱内进行不同时间的人工加速老化试验，老化处理时间记为di，得到若干个老化后的聚氨酯粘接剂接头；所述di分别为168h、336h、504h、672h和840h；

s2、对s1中得到的若干个老化后的聚氨酯粘接剂接头分别使用电子万能拉伸试验机进行破坏性试验，测试得到若干个失效载荷，记为fi；各di所对应的所述fi分别为2350n、2231n、2181n、2131n和2119n；

s3、将s2中得到的fi分别分成m个载荷等级，各失效载荷fi均分别得到m个等级失效载荷，各失效载荷的第j个载荷等级的等级失效载荷，记为所述m为6；分别为100％、60％、50％、40％、30％和20％；所述各等级失效载荷fij的数据如表1：

表1不同老化时间的不同载荷等级下的等级失效载荷(n)

s4、根据s3中fij进行疲劳试验，记录各疲劳失效次数nij；

s5、对s3中的fij进行归一化处理，以s4中得到的nij为横坐标，以归一化的fij为纵坐标，进行数据拟合，得到若干个拟合方程；所述归一化的fij为s3中的fij与对应的fi的比值，分别为100％、60％、50％、40％、30％和20％；

所述di为168h时，fij/fi＝-0.04986lnnij+0.9871；

所述di为336h时，fij/fi＝-0.04997lnnij+0.9540；

所述di为504h时，fij/fi＝-0.05031lnnij+0.9932；

所述di为840h时，fij/fi＝-0.05092lnnij+0.9797；

各老化处理时间下的归一化的等级载荷与疲劳失效次数的线性关系图如图1所示；

s6、统计s5中得到的拟合方程的斜率，记为bi，所述bi分别为-0.04986、-0.04997、-0.05031和-0.05092，以bi为纵坐标，以老化处理时间di为横坐标，利用最小二乘法对bi和di进行数据拟合，得到低温条件下评价聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的疲劳寿命曲线。

图2为本实施例的聚氨酯粘接剂接头疲劳寿命的疲劳寿命曲线，由图可知，随着老化处理时间延长聚氨酯粘接剂接头的疲劳寿命衰减速率存在增大趋势。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。